《計算機網絡》謝希仁編著

林健太原理工大學信息化管理與建設中心(網絡中心)目錄(課程安排)第一章概述第二章物理層第三章數據鏈路層第四章網絡層第五章運輸層第六章應用層第

1

章概述1.1計算機網絡在信息時代中的作用1.2因特網概述

1.2.1網絡的網絡

1.2.2因特網發展的三個階段

1.2.3因特網的標準化工作1.3因特網的組成

1.3.1因特網的邊緣部分

1.3.2因特網的核心部分第

1章概述（續）1.4計算機網絡在我國的發展1.5計算機網絡的類別

1.5.1計算機網絡的定義

1.5.2幾種不同類別的網絡1.6計算機網絡的性能

1.6.1計算機網絡的性能指標

1.6.2計算機網絡的非性能特征第

1章概述（續）1.7計算機網絡的體系結構

1.7.1計算機網絡體系結構的形成

1.7.2協議與劃分層次

1.7.3具有五層協議的體系結構

1.7.4實體、協議、服務和服務訪問點

1.7.5TCP/IP的體系結構1.1計算機網絡

在信息時代的作用21世紀的一些重要特征就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡為核心的信息時代。網絡現已成為信息社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎。網絡是指“三網”，即電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。發展最快的并起到核心作用的是計算機網絡。因特網(Internet)的發展進入20世紀90年代以后，以因特網為代表的計算機網絡得到了飛速的發展。已從最初的教育科研網絡逐步發展成為商業網絡。已成為僅次于全球電話網的世界第二大網絡。因特網的意義因特網是自印刷術以來人類通信方面最大的變革。現在人們的生活、工作、學習和交往都已離不開因特網。因特網正以令人難以置信的速度成為我們日常生活中不可或缺的一部分舉例：在線查看天氣；出行時查看飛機火車時刻表；行車路線;在線查看銀行賬戶和支付賬單；發送郵件；發布照片和各種經歷體驗，與朋友分享；網絡電話服務；在線購物；及時通信和聊天；視頻會議等。計算機網絡向用戶提供的

最重要的功能

連通性——計算機網絡使上網用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。共享——即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。計算機網絡的影響(學習、工作、娛樂等)。1.2因特網概述1.2.1網絡的網絡起源于美國的因特網現已發展成為世界上最大的國際性計算機互聯網網絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。互聯網是“網絡的網絡”(networkofnetworks)。連接在因特網上的計算機都稱為主機(host)。(a)(b)網絡互聯網（網絡的網絡）結點鏈路簡單的網絡和由網絡構成的互聯網附注：請注意名詞“結點”“結點”的英文名詞是node。雖然node有時也可譯為“節點”，這種節點很像竹竿上的“節”。在網絡中的node的標準譯名是“結點”而不是“節點”。但數據結構的樹(tree)中的node應當譯為“節點”。網絡與因特網連接在因特網（世界上最大的互聯網絡）上的計算機都稱為主機(host)。因特網常用一朵云來表示網絡把許多計算機連接在一起。因特網則把許多網絡連接在一起。

主機因特網因特網與連接的主機網絡與因特網因特網是計算機網絡的一種。計算機網絡是用通信線路將分散在不同地點的具有獨立自主的計算機系統相互聯接，并按網絡協議進行數據通信和實現資源共享的計算機集合。三要素：獨立自主的計算機通信線路網絡協議1.2.2因特網發展的三個階段第一階段是從單個網絡ARPANET向互聯網發展的過程。1983年TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議。人們把1983年作為因特網的誕生時間。Internet和Internet的區別以小寫字母i

開始的internet（互聯網或互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。以大寫字母I開始的的Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協議族作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。三級結構的因特網第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。從1985年起，美國國家科學基金會NSF(NationalScienceFoundation)圍繞六個大型計算機中心建設計算機網絡，即國家基金科學網NSFNET。三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。多層次ISP結構的因特網第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結構的因特網。出現了因特網服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。用戶因特網ISP1ISP2因特網服務提供者用戶通過ISP上網根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成為不同的層次。

大公司公司本地

ISPAB主機A→本地ISP→地區ISP→主干ISP→地區ISP→本地ISP→主機B本地

ISP主干

ISP本地

ISP本地

ISP地區

ISP主干

ISP主干

ISP地區

ISP地區

ISP地區

ISP

本地

ISP本地

ISPIXP

本地

ISP校園網校園網

下面是具有三層ISP結構的因特網的概念示意圖

Internet的歷史&發展

Internet的歷史1.實驗研究網絡2.學術性網絡3.商業化網絡Internet的里程碑1969-1985包交換網絡基礎研究1974設計第一次公開發布1985第一次大的進展：NSFNET1986第一臺路由器出現Cisco1989/90Internet商業化開始1994商業性WWW誕生1995NSFNET退出1998Internet2和NGI到2012年3月，全球已經有91個國家擁有IXP，其中擁有10個以上IXP的國家僅有9個，而僅擁有一個IXP的有48個國家。萬維網WWW的問世因特網已經成為世界上規模最大和增長速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準確說出因特網究竟有多大。因特網的迅猛發展始于20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發的萬維網WWW(WorldWideWeb)被廣泛使用在因特網上，大大方便了廣大非網絡專業人員對網絡的使用，成為因特網的這種指數級增長的主要驅動力。因特網的發展情況概況

網絡數主機數用戶數管理機構數1980101021021001990103105106101

2000105107108102

2005106108109103下一代因特網計劃-NGI主要目標：（1）開發下一代網絡結構，以比現在的因特網高100倍的速率連接至少100個研究機構，以比現在的因特網1000倍的速率連接10個類似的網點。其端到端的傳輸速率要超過100Mb/s至10Gb/s。（2）使用更加先進的網絡服務技術和開發許多帶有革命性的應用，如遠程醫療、遠程教育等。下一代因特網計劃-NGI主要目標：（3）使用超高速全光網絡，能實現更快速的交換和路由選擇，同時具有為一些實時應用保留帶寬的能力。（4）對整個因特網的管理和保證信息的可靠性及安全性方面進行較大的改進。1.2.3關于因特網的標準化工作因特網的標準化工作對因特網的發展起到了非常重要的作用。標準化工作的好壞對一種技術的發展有著很大的影響。缺乏國際標準將會使技術的發展處于比較混亂的狀態，而盲目自由競爭的結果很可能形成多種技術體制并存且互不兼容的狀態給用戶帶來較大的不方便。RFC因特網在制定其標準上很有特色。最大的特點是面向公眾RequestForComments（RFC），請求評論，是一系列以編號排定的文件。文件收集了有關互聯網相關信息。目前RFC文件是由因特網協會InternetSociety（ISOC）贊助發行。基本的互聯網通信協議都有在RFC文件內詳細說明。RFC文件還額外加入許多的論題在標準內，例如對于互聯網新開發的協議及發展中所有的記錄。因此幾乎所有的互聯網標準都有收錄在RFC文件之中。

1.2.3關于因特網的標準化工作因特網協會ISOC因特網研究指導小組IRSG因特網研究部IRTF因特網工程部IETF因特網工程指導小組IESG…RGWG……RG…領域領域因特網體系結構研究委員會IABWGWGWG制訂因特網的正式標準要經過以下的四個階段因特網草案(InternetDraft)——在這個階段還不是

RFC文檔。建議標準(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔。草案標準(DraftStandard)因特網標準(InternetStandard)各種RFC之間的關系因特網草案建議標準草案標準因特網標準歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC6種RFC

計算機與通信網相結合，構成現代計算機網絡。具體：將不同地理位置上的，具有獨立功能的多個計算機系統，用通信設備互聯起來，由功能完善的軟件系統來管理，以實現資源共享，協同操作的目的的系統，稱為“計算機網絡”。計算機網絡是一組自治計算機系統的集合1.3因特網的組成

由于計算機網絡的基本功能分為數據處理和數據通信兩大部分，因此，它所對應的結構也可以分成相應的兩個部分。負責數據處理的計算機與終端設備---------資源子網負責數據通信的通信控制處理機(CCP，CommunicationControlProcessor)和通信線路------通信子網1.3因特網的組成資源子網的組成

資源子網由擁有資源的主計算機系統、請求資源的用戶終端、終端控制器、通信子網的接口設備、軟件資源和數據資源組成。資源子網的基本功能

資源子網負責全網的數據處理業務，并向網絡客戶提供各種網絡資源和網絡服務。通信子網的基本功能通信子網提供網絡通信功能，完成全網主機之間的數據傳輸、交換、控制和變換等通信任務。負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。通信子網分類點到點信道廣播信道通信子網提供網絡通信功能，完成全網主機之間的數據傳輸、交換、控制和變換等通信任務。負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。點到點信道廣播信道通信子網提供網絡通信功能，完成全網主機之間的數據傳輸、交換、控制和變換等通信任務。負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。點到點信道負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。點到點信道廣播信道負責全網的數據傳輸、轉發及通信處理等工作。點到點信道1.3因特網的組成從因特網的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1)邊緣部分由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。(2)核心部分由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。因特網的核心部分因特網的邊緣部分主機網絡路由器因特網的邊緣部分與核心部分1.3.1因特網的邊緣部分處在因特網邊緣的部分就是連接在因特網上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(endsystem)。“主機A和主機B進行通信”，實際上是指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。即“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。或簡稱為“計算機之間通信”兩種通信方式在網絡邊緣的端系統中運行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：客戶服務器方式（C/S方式）即Client/Server方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.客戶服務器方式客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。運行客戶程序網絡邊緣網絡核心運行服務器程序AB①請求服務②得到服務客戶服務器客戶A向服務器B發出請求服務，而服務器B向客戶A提供服務。客戶軟件的特點被用戶調用后運行，在打算通信時主動向遠地服務器發起通信（請求服務）。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。服務器軟件的特點一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統啟動后即自動調用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持。客戶服務器方式舉例你瀏覽百度的網頁，你的電腦就是客戶端，而百度網頁所存放的機器就是服務器。你通過internet互聯網連到百度網頁服務器，才能瀏覽網頁。你玩網絡游戲，你的電腦還是客戶端，而網絡游戲程序所在的機器就是服務器，你通過internet互聯網連到服務器那里去執行網絡游戲。2.對等連接方式對等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。對等連接方式的特點對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。例如主機C請求D的服務時，C是客戶，D是服務器。但如果C又同時向F提供服務，那么C又同時起著服務器的作用。網絡邊緣網絡核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序1.3.2因特網的核心部分網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數據）。在網絡核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實現分組交換(packetswitching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。路由器的重要任務路由器是實現分組交換(packetswitching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

面向連接無連接一個很重要的概念按網絡采用的交換技術分類

電路交換報文交換分組交換電路交換：在網絡進行數據傳輸期間，發送點（源）與接收點（目的）之間構成一條實際連接的專用物理線路。基于電話網電路交換優點：時延小、透明傳輸缺點：網絡資源利用率低按網絡采用的交換技術分類報文交換：也稱存儲-轉發技術，該方式不需要建立一條專用的物理線路，信息分解成報文（長度不固定），一站一站從源送達目的地，與通常的郵寄信方式類似。以報文為單位存儲轉發優點：多路復用缺點：實時性差分組交換：與報文交換原理相同。也不需要建立一條專用的物理線路，但信息傳送的單位不是報文是分組。其特征是分組的最大長度比報文要短很多。以分組為單位存儲轉

優點：多路復用缺點：實時性差按網絡采用的交換技術分類1.電路交換的主要特點兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。

更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數量很大時，這種連接方法需要的電線對的數量與電話機數的平方成正比。

使用交換機當電話機的數量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。…

交換機“交換”的含義如果兩機之間不是直接相連，而是通過若干中間設備連接，那是以什么方式傳遞數據—交換的方式在這里，“交換”(switching)的含義就是轉接—把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接電路交換舉例A和B通話經過四個交換機通話在A到B的連接上進行電路交換特點在數據傳輸前，必須建立一條端到端的通路稱為連接，其中可能穿過多個電話局，每個交換局都必須提供連接一旦建立連接，整個通路將被獨占，數據的傳輸無額外延時，數據中無需包含目的地址線路利用率低建立時間長，因為建立時沖突概率高報文交換特點無論數據傳輸過程要跨過多少個交換局，只要下一站不忙，該數據即送至下一站數據的傳輸無需建立連接，數據的傳輸是一站一站的，所以數據中必須包換目的地址，采取存儲-轉發線路的利用率高數據傳輸過程中可能延時較大，且不可估計每個中間站點必須有足夠大的緩存，由于報文大小不定，所以緩存設置在硬盤上。解決報文交換中報文存儲在硬盤導致交換速率慢的問題報文分組交換的主要特點在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。0010假定這個報文較長不便于傳輸數據數據數據報文添加首部構成分組每一個數據段前面添加上首部構成分組。首部首部首部分組

1分組

2分組

3分組交換的傳輸單元分組交換網以“分組”作為數據傳輸單元。依次把各分組發送到接收端（假定接收端在左邊）。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。用這樣的存儲轉發方式，最后分組就能到達最終目的地。收到分組后剝去首部接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3收到的數據數據數據數據最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數據恢復成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現差錯，在轉發時也沒有被丟棄。報文0010數據數據數據分組交換在發送端把要發送的報文分隔為較短的數據塊每個塊增加帶有控制信息的首部構成分組（包）依次把各分組發送到接收端接收端剝去首部，抽出數據部分，還原成報文數據分組11010011101????????報文發送端首部分組數據首部分組首部數據發送發送發送在前發送接收端數據首部數據首部數據首部11010011101????????因特網的核心部分因特網的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網的邊緣部分。在因特網核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網絡交換信息。路由器的用途則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。H1H5H2H4H3H6路由器網絡網絡核心部分主機H1H5H2H4H3H6發送的分組路由器AEDBC網絡核心部分主機分組交換網的示意圖H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發送分組H2向H6

發送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉發過程H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發送分組路由器主機在路由器

E

暫存查找轉發表找到轉發的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉發表找到轉發的端口在路由器

A

暫存查找轉發表找到轉發的端口分組從A傳送到B的過程網絡網絡網絡網絡網絡網絡網絡路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目的地下一跳路由器查找路由表目的地下一跳路由器查找路由表目的地下一跳路由器這就是基于存儲轉發的分組交換路由器在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發；把分組送到適當的端口轉發出去。

主機和路由器的作用不同主機是為用戶進行信息處理的，并向網絡發送分組，從網絡接收分組。路由器對分組進行存儲轉發，最后把分組交付目的主機。分組交換的優點高效動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機發送分組。可靠保證可靠性的網絡協議；分布式的路由選擇協議使網絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。存儲轉發原理

并非完全新的概念在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉發原理的報文交換(messageswitching)。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等。現在報文交換已經很少有人使用了。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數據傳送報文P2P1連接釋放數據傳送的特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉發存儲轉發存儲轉發存儲轉發計算機網絡的產生背景是20世紀60年代美蘇冷戰時期的產物。60年代初，美國國防部領導的遠景研究規劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網絡。傳統的電路交換(circuitswitching)的電信網有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新撥號建立連接。這將要延誤一些時間。新型網絡的基本特點網絡用于計算機之間的數據傳送，而不是為了打電話。網絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。所有的網絡結點都同等重要，因而大大提高網絡的生存性。計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。網絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非常可靠地傳送數據。ARPANET的成功使

計算機網絡的概念發生根本變化早期的面向終端的計算機網絡是以單個主機為中心的星形網各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。

分組交換網則是以網絡為中心，主機都處在網絡的外圍。用戶通過分組交換網可共享連接在網絡上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。

從主機為中心到以網絡為中心主機終端以主機為中心以分組交換網為中心主機分組交換網1.4計算機網絡在我國的發展鐵道部在1980年開始進行計算機聯網實驗。1989年11月我國第一個公用分組交換網CNPAC建成運行。1994年4月20日我國用64kb/s專線正式連入因特網。中國教育和科研計算機網CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)，簡稱為中國教育網，是由國家投資建設，教育部負責管理，清華大學等高等學校承擔建設和管理運行的全國性學術計算機互聯網絡。中國互聯網絡信息中心CNNIC(NetworkInformationCenterofChina)每年兩次公布的我國因特網的發展情況。9個全國范圍的公用計算機網絡(1)中國公用計算機互聯網CHINANET(2)中國教育和科研計算機網CERNET(3)中國科學技術網CSTNET(4)中國聯通互聯網UNINET(5)中國網通公用互聯網CNCNET(6)中國國際經濟貿易互聯網CIETNET(7)中國移動互聯網CMNET(8)中國長城互聯網CGWNET（建設中）(9)中國衛星集團互聯網CSNET（建設中）1.5計算機網絡的分類1.5.1計算機網絡的不同定義最簡單的定義：計算機網絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。計算機網絡是用通信線路將分散在不同地點的具有獨立自主的計算機系統相互聯接，并按網絡協議進行數據通信和實現資源共享的計算機集合。三要素：獨立自主的計算機通信線路網絡協議1.5計算機網絡的分類1.5.1計算機網絡的不同定義最簡單的定義：計算機網絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。因特網(Internet)是“網絡的網絡”。1.5.2幾種不同類別的網絡不同作用范圍的網絡廣域網WAN(WideAreaNetwork)局域網LAN(LocalAreaNetwork)

城域網MAN(MetropolitanAreaNetwork)個人區域網PAN(PersonalAreaNetwork)

信息交換技術點到點一點到一點逐步傳遞廣播在網絡中，只要有一臺設備發聲其他設備都能聽到2.不同使用者的網絡從網絡的使用者進行分類公用網(publicnetwork)專用網(privatenetwork)

用來把用戶

接入到因特網的網絡接入網

AN(AccessNetwork)，它又稱為本地接入網或居民接入網。由ISP提供的接入網只是起到讓用戶能夠與因特網連接的“橋梁”作用。1.6計算機網絡的性能

1.6.1計算機網絡的性能指標1.速率比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit來源于binarydigit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個1或0。速率即數據率(datarate)或比特率(bitrate)是計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等速率往往是指額定速率或標稱速率。2.帶寬“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。現在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。常用的帶寬單位更常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請注意：在計算機界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。數字信號流隨時間的變化在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。每秒

106

個比特時間1

01

0

111

s帶寬為1Mb/s時間每秒

4

106

個比特0.25s帶寬為4Mb/s計算機網絡的帶寬是指網絡可通過的最高數據率，即每秒多少比特。描述帶寬也常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是10M，實際上是10Mb/s。這里的M是106。計算機網絡的帶寬什么是寬帶？寬帶線路：可通過較高數據率的線路。寬帶是相對的概念，并沒有絕對的標準。在目前，對于用戶接入到因特網的用戶線來說，每秒傳送幾個兆比特就可以算是寬帶速率。對寬帶傳輸的錯誤概念有些人愿意用“汽車在公路上跑”來比喻“比特在網絡上傳輸”，認為寬帶傳輸的好處就是傳輸更快，好比汽車在高速公路上可以跑得更快一樣。對于這種比喻一定要謹慎對待。常見的錯誤是混淆了兩種速率在網絡中有兩種不同的速率：信號（即電磁波）在傳輸媒體上的傳播速率（米/秒，或公里/秒）計算機向網絡發送比特的速率（比特/秒）這兩種速率的意義和單位完全不同。寬帶傳輸：計算機向網絡發送比特的速率較高。ABAB寬帶線路窄帶線路在寬帶線路上比特傳播得快

在窄帶線路上比特傳播得慢

錯誤的概念ABAB寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計算機注入到線路。寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。正確的概念比喻：汽車運貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短另一種錯誤概念

——“寬帶”相當于“多車道”多車道公路是并行傳輸……010001011010通信線路上通常都是串行傳輸(但ADSL是例外的）3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。4.時延(delay或latency)發送時延發送數據時，數據幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。發送時延=數據幀長度（b）發送速率（b/s）時延(delay或latency)傳播時延電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。信號發送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）時延(delay或latency)處理時延交換結點為存儲轉發而進行一些必要的處理所花費的時間。排隊時延結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。時延(delay或latency)數據經歷的總時延就是發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和：總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+處理時延四種時延所產生的地方1011001…發送器隊列在鏈路上產生傳播時延結點

B結點

A在發送器產生發送時延(即傳輸時延)在結點

A中產生處理時延和排隊時延數據從結點A向結點B發送數據鏈路容易產生的錯誤概念對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。提高鏈路帶寬減小了數據的發送時延。5.時延帶寬積（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積=傳播時延

帶寬鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。時延帶寬積6.利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。信道利用率并非越高越好。時延與網絡利用率的關系根據排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。若令D0表示網絡空閑時的時延，D表示網絡當前的時延，則在適當的假定條件下，可以用下面的簡單公式表示D和D0之間的關系：U是網絡的利用率，數值在0到1之間。時延

D利用率

U10D0時延急劇增大1.6.2計算機網絡的非性能特征費用-網絡的性能與其價格密切相關。一般說來，網絡的速率越高，其價格也越高。質量-取決于網絡中所有構件的質量，以及這些構件是怎樣組成網絡的。標準化-即可以按照通用的國際標準，也可以遵循特定的專用網絡標準。可靠性-與網絡的質量和性能都有密切的關系。可擴展性和可升級性-規模擴大與性能和版本的提高。易于管理和維護1.7計算機網絡的體系結構

1.7.1計算機網絡體系結構的形成網絡總功能：1信號的傳送與接收2差錯控制3鏈接管理4數據流控制5路徑選擇6順序控制7對話控制8信息表示處理9應用服務

1.7.1計算機網絡體系結構的形成相互通信的兩個計算機系統必須高度協調工作才行，而這種“協調”是相當復雜的。“分層”可將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。結構化功能分層的方法，把上述總功能分解為多個子功能，通常是把這一系同劃分為若干層，層與層之間通過接口連接，每層完成部分確定功能，所有各層子功能的集合實現總功能。

分層舉例1.7.1計算機網絡體系結構的形成1974年，美國的IBM公司宣布了系統網絡體系結構SNA。其他公司也相繼推出自己公司的具有不同名稱的體系結構。全球經濟的發展使得不同網絡體系結構的用戶迫切要求能夠相互交換信息。開放系統互連基本參考模型OSI/RM關于開放系統互連參考模型

OSI/RM只要遵循OSI標準，一個系統就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統進行通信。在市場化方面OSI卻失敗了。OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業驅動力；OSI的協議實現起來過分復雜，且運行效率很低；OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產的設備無法及時進入市場；OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現。

兩種國際標準法律上的(dejure)國際標準OSI并沒有得到市場的認可。是非國際標準TCP/IP現在獲得了最廣泛的應用。TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標準。能夠占領市場的就是標準。1.7.2協議與劃分層次計算機網絡中的數據交換必須遵守事先約定好的規則。這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。網絡協議(networkprotocol)，簡稱為協議，為了能在兩個實體之間正確的進行通信，通信雙方必須遵守共同一致的規則和約定(如通信過程的同步方式、差錯處理方式、數據格式、編碼方式等等)，否則通信就將成為不可能或毫無意義，這些規則的集合就稱為協議。網絡協議的組成要素

語法數據與控制信息的結構或格式。數據報文通過什么方式來構成語義需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。每個構成要素的意義同步事件實現順序的詳細說明。即確定通信的“順序”或“狀態變化”

劃分層次的概念舉例主機

1向主機2通過網絡發送文件。可以將要做的工作進行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關。確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方協調好一致的文件格式。兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負責。兩個主機交換文件文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進行發送把收到的文件交給上層模塊再設計一個通信服務模塊文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發送把收到的文件交給上層模塊通信服務模塊通信服務模塊再設計一個網絡接入模塊文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊通信服務模塊通信服務模塊網絡接入模塊網絡接入模塊通信網絡網絡接口網絡接口網絡接入模塊負責做與網絡接口細節有關的工作例如，規定傳輸的幀格式，幀的最大長度等。分層的好處各層之間是獨立的。靈活性好。結構上可分割開。易于實現和維護。能促進標準化工作。層數多少要適當若層數太少，就會使每一層的協議太復雜。層數太多又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務時遇到較多的困難。各層所要完成的主要功能建立連接：通信前要在兩個通信實體（進程）之間建立一個連接；拆除連接：兩個通信實體（進程）通信結束后要拆除連接、釋放資源；確定數據傳輸方式：如單工、半雙工、全雙工，異步通信、同步通信等；差錯控制：物理傳輸不可靠，要能夠及時發現錯誤，然后糾正錯誤或要求重發，并對已正確接收的信息予以確認；數據流量控制：采取措施對收發雙方的數據傳輸速度進行控制，解決速度匹配問題；路徑選擇：在廣域網中的源、目的節點之間的多條路徑中選擇一條最合適的；多路復用：為避免信道浪費，使多對數據傳輸公用一條傳輸線路信息的拆裝：每層不能處理任意長度的信息，適當的拆裝信息以滿足信息傳輸格式計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協議的集合。體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。1.7.3具有五層協議的體系結構TCP/IP是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。因此往往采取折中的辦法，即綜合

OSI和

TCP/IP

的優點，采用一種只有五層協議的體系結構。五層協議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網絡層(networklayer)數據鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數據鏈路層5應用層4運輸層3網絡層2數據鏈路層1物理層應用層(applicationlayer)這是OSI參考模型的最高層，它負責網絡中應用程序與網絡操作系統之間的聯系，為用戶的應用進程提供各種服務，這里的進程就是指正在運行的程序。如支持萬維網應用的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP協議，支持文件傳送的FTP協議。運輸層(transportlayer)傳輸層的任務是負責向兩個主機中進程之間的通信提供服務。標識的終端應該為進程，應用層將這個標識的任務交給傳輸層。解決的是數據在網絡之間的傳輸質量問題，用于提高網絡層服務質量，如消除通信過程中產生的錯誤，提供可靠的端到端的數據傳輸，常說的網絡服務質量QoS就是這一層的主要服務。傳輸層傳送的基本單位是報文。運輸層主要使用的兩種協議：

1傳輸控制協議TCP-面向連接的，可靠的

2用戶數據報協議UDP-面向無連接的，不可靠的，速度快網絡層(networklayer)網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務，在發送數據時，網絡層把運輸層產生的數據報文封裝成分組。解決的是網絡與網絡之間，即網際的通信問題。網絡層的主要功能是提供路由，即選擇到達目標主機的最佳路徑，并沿該路徑傳送數據包。此外，網絡層還要能夠消除網絡擁擠，具有流量控制和擁擠控制的能力。網絡層傳送的基本單位是分組（或包）數據鏈路層(datalinklayer)數據鏈路層的功能是實現無差錯的傳輸服務。物理層僅提供了傳輸能力，但信號不可避免地會出現畸變和受到干擾，造成傳輸錯誤。數據鏈路層的主要功能有建立和拆除數據鏈路；將信息按一定格式組裝成幀，以便無差錯地傳送。此外還具有處理應答、差錯控制、順序和流量控制等功能。數據鏈路層傳送的基本單位是幀。物理層(physicallayer)這是整個OSI參考模型的最低層，其任務是提供網絡的物理連接，利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供位流傳輸。該層的主要任務是在通信線路上傳輸數據比特的電信號。物理層協議主要規定了計算機或終端和通信設備之間的接口標準，包含接口的機械、電氣、功能和規程四個方面的特性。主要包括電纜、物理端口和附屬設備，如雙絞線、同軸電纜、接線設備（如網卡等）、串口和并口等在網絡中都是工作在這個層次的。物理層傳送的基本單位是比特。

主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用進程數據先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層

PDUOSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為IP數據報（或分組）OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2IP數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據應用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發送端物理層傳送到接收端物理層主機

2OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數據鏈路層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝去首部，取出數據部分上交給應用層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝去首部，取出應用程序數據上交給應用進程OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發來的應用程序數據！OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用程序數據應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應用程序數據H5應用程序數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數據鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數據OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDUH3H4H5應用程序數據主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數據部分交給網絡層H2T2H3H4H5應用程序數據OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDUH4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2網絡層剝去分組首部后把分組的數據部分交給運輸層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDUH5應用程序數據H4H5應用程序數據主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝去報文首部后把報文的數據部分交給應用層OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU應用程序數據H5應用程序數據主機

1向主機2發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝去應用層PDU首部后把應用程序數據交給應用進程OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU主機

1向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發來的